鄭州市白廟水廠混凝沉淀除藻的研究

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簡(jiǎn)介： 在我國(guó)的水廠中，藻類(lèi)去除一直是一個(gè)比較重要的問(wèn)題。通常采用加氯殺藻，但隨之帶來(lái)的是水質(zhì)的味覺(jué)超標(biāo)，特別是在原水高藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)，尤為嚴(yán)重。采用聚鐵硅酸鈉與高分子電解質(zhì)聯(lián)用的方法，強(qiáng)化混凝沉淀，在藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)，出廠水的味覺(jué)得到較好的改善。
關(guān)鍵字：除藻 混凝 沉淀

Study of Algae Removal by Coagulation and Precipitation in Zhengzhou Baimiao Potable Water Plant
YIN Wei-hong,SONG Xiang-yang,ZHANG Zhan-jun,SHI Dong-wen,SUN Zhong-ping 

　　Abstract:Algae removal has been a rather important issue in China‘s water plants.The usual solution for it is to kill algae by adding chlorine,which,however,results in the water taste being inferior to standard.This is even more serious when algae concentration becomes high suddenly in the raw water.The use of PFS linked with high-molecular poly-electrolyte to intensify coagulation and precipitation when algae reproduce vigorously has well improved the taste of the exit water from the water plant.
　　Key words:potable water;algae removal;coagulation;precipitation

引言

　　中國(guó)城市供水水源約四分之一為湖泊、水庫(kù)^[1]。隨著水體中污染的增加，湖泊、水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，藻類(lèi)的爆發(fā)也越來(lái)越頻繁。當(dāng)藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)，常規(guī)的飲用水處理工藝已很難給出合格的水質(zhì)，特別是飲用水的味覺(jué)。鄭州白廟水廠自1992年冬天開(kāi)始，幾乎每年的冬末春初均會(huì)出現(xiàn)藻類(lèi)爆發(fā)，最高時(shí)超過(guò)國(guó)標(biāo)27倍，原水中藻類(lèi)的含量高達(dá)2700×10⁴個(gè)/L，有時(shí)為硅藻，有時(shí)為藍(lán)藻。導(dǎo)致出廠水出現(xiàn)明顯的魚(yú)腥味^[2]。藻類(lèi)的大量繁殖，不但給飲用水帶來(lái)不良味覺(jué)，甚至某些藻類(lèi)如藍(lán)藻會(huì)產(chǎn)生藻毒素^[3]。另外，藻類(lèi)的代謝產(chǎn)物也是THM的前體物質(zhì)之一^[4]。
　　藻類(lèi)屬于膠體類(lèi)物質(zhì)，其直徑在6um左右^[5]。天然水中的膠體通常是帶電荷膠體，有關(guān)研究表明?鋁鹽或鐵鹽的水解物可壓縮藻類(lèi)表面的負(fù)電荷雙電層^[4,6]，從而形成很強(qiáng)的聚合體。BERNHARDT等人^[6]的顯微鏡照片表明，當(dāng)采用鋁鹽或聚二烯丙基二甲基氯化銨混凝劑與陰離子聚丙烯酰胺連用時(shí)，鋁鹽或陽(yáng)離子高分子混凝劑可在微藻之間吸附架橋，從而形成大的礬花被沉淀過(guò)濾。從這點(diǎn)上來(lái)說(shuō)，藻類(lèi)的去除率是可以通過(guò)強(qiáng)化混凝沉淀的工藝來(lái)提高的。鄭州市白廟水廠原水藻類(lèi)爆發(fā)的特點(diǎn)通常是在冬末春初，水溫低，濁度低，由于碰撞幾率的下降和布郎運(yùn)動(dòng)的減弱，更增加了處理難度。從1998年初到1999年底在鄭州市白廟水廠進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小試和生產(chǎn)性試驗(yàn)。在大量的調(diào)研基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和我國(guó)的實(shí)際情況，我們決定嘗試采用聚鐵和高分子聚合電解質(zhì)來(lái)強(qiáng)化混凝沉淀過(guò)濾來(lái)提高水中藻類(lèi)的去除率。

1  實(shí)驗(yàn)室小試

1.1  儀器設(shè)備材料
　　混凝沉淀小試采用六聯(lián)攪拌機(jī)，由計(jì)算機(jī)自控轉(zhuǎn)速和時(shí)間。濁度的測(cè)定采用XR-比率濁度儀，PH值測(cè)定采用PHS-37C數(shù)字式PH儀?；炷齽┎捎镁坭F硅酸鈉或聚鐵，有機(jī)高分子混凝劑采用聚二烯丙基二甲基氯化銨（法國(guó)SNF公司）和10%水解度的陰離子聚丙烯酰胺作為絮凝劑。取1L水樣，加入不同品種不同量的混凝劑和絮凝劑。按照水廠現(xiàn)有的混凝反應(yīng)時(shí)間設(shè)置轉(zhuǎn)速和時(shí)間。靜沉30min后，取中間水樣測(cè)定濁度，然后根據(jù)中國(guó)科學(xué)院水生物研究所的藻類(lèi)測(cè)定方法，將水樣培養(yǎng)24h后，顯微鏡檢并計(jì)數(shù)藻類(lèi)含量。
1.2　試驗(yàn)結(jié)果
　　1998年3月藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了高分子混凝劑去除藻類(lèi)的試驗(yàn)。然后又將聚鐵和聚鐵硅酸鈉的除藻效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室對(duì)比。表1和表2的結(jié)果顯示，聚二烯丙基二甲基氯化銨對(duì)于藻類(lèi)有明顯的去除效果，其除藻效率在94%，甚至可高達(dá)100%。

表1  濁度和藻類(lèi)的去除率序號(hào)藥劑投加量處理水濁度去除率處理水藻類(lèi)藻類(lèi)去除率A-B-C濁度　/(mg.L^-1)/NTU/%/(10⁴個(gè).L^-1)/%130-0-13.881.19--230-4-110.846.53--330-2-19.254.454.896.67460-0-12.786.6378.445.56560-2-16.468.328.094.44630-0-03.682.1856.061.11760-0-02.388.61--830-2-0.56.070.30未檢出100

　　 試驗(yàn)中觀測(cè)到聚二烯丙基二甲基氯化銨可有效地抑制藻類(lèi)的再繁殖，這對(duì)抑制管網(wǎng)中的藻類(lèi)繁殖將是十分有益的。試驗(yàn)結(jié)果表明藻類(lèi)的去除與濁度的去除不呈正比關(guān)系。如3號(hào)和5號(hào)水樣，濁度去除率僅為54%和68%，但藻類(lèi)去除率高達(dá)96%和94%；相反，4號(hào)和6號(hào)水樣，濁度去除率達(dá)86%和83%，但藻類(lèi)去除率僅為45%和61%。

2  生產(chǎn)性試驗(yàn)

2.1  工藝流程 
　　白廟水廠工藝流程如圖１所示

2.2　生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果
　　在1999年春天的藻類(lèi)爆發(fā)季節(jié)，期間的原水濁度在13NTU左右，原水藻類(lèi)在1100×10^4個(gè)/L時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)化混凝過(guò)濾試驗(yàn)。為了盡量利用現(xiàn)有構(gòu)筑物，并使混凝劑和絮凝劑有較好的反應(yīng)條件，在不改動(dòng)現(xiàn)有投藥點(diǎn)的情況下，我們將聚二烯丙基二甲基氯化銨與聚鐵硅酸鈉同時(shí)投加，而將陰離子高分子絮凝劑聚丙烯酰胺投加在反應(yīng)池的入口處。在生產(chǎn)性試驗(yàn)中，考慮到藥劑成本較高藥劑投加濃度比實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)有所降低，聚鐵硅酸鈉為17mg/L左右，聚二烯丙基二甲基氯化銨與陰離子高分子絮凝劑分別為0.5mg/L和0.2mg/L。藻類(lèi)去除率見(jiàn)表2。

表2 藻類(lèi)去除率試驗(yàn)結(jié)果一覽表日期原水藻類(lèi)出廠水藻類(lèi)去除率/(10⁴個(gè).L^-1)/(10⁴個(gè).L^-1)/%3.61203.2403.1666.493.7894.8266.4470.223.81179.2415.7264.743.91014.4274.6479.92

　　 圖2是沉淀池與濾池的濁度去除率。從濁度曲線看出，當(dāng)添加聚二烯丙基二甲基氯化銨與陰離子高分子絮凝劑時(shí)，沉淀池出水的濁度僅有略微改善，但濾池的截污率確明顯提高，這與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果相一致。

3  關(guān)于試驗(yàn)的幾點(diǎn)討論

3.1  強(qiáng)化混凝的作用
　　強(qiáng)化混凝可以有效地去除藻類(lèi)。生產(chǎn)性研究表明，在1999年的藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)，由于加強(qiáng)了混凝沉淀過(guò)濾工藝，從而保證了出廠水的味覺(jué)指標(biāo)。飲用水的魚(yú)腥可能來(lái)自于兩個(gè)方面，一是由于藻類(lèi)的代謝產(chǎn)物或代謝產(chǎn)物與加氯所至，二是水中的有機(jī)物與藻類(lèi)的代謝產(chǎn)物聯(lián)合所至。加強(qiáng)混凝絮凝，不但去除水中的藻類(lèi)，同時(shí)也去除水中的各類(lèi)有機(jī)物，從而使飲用水中的味覺(jué)得到改善。
　　國(guó)外研究指出^[4]，強(qiáng)化混凝絮凝，并不能有效地提高藻類(lèi)在沉淀池中的去除率，但能有效地提高其在濾池中的去除率。我們的生產(chǎn)性試驗(yàn)也很好地證明了這一點(diǎn)。
3.2  pH和預(yù)氯化對(duì)藻類(lèi)去除率的影響
　　藻類(lèi)的去除主要取決于PH值，堿度和預(yù)氯化幾個(gè)因素。低PH對(duì)于單純的混凝沉淀有利。比如，當(dāng)PH9.6，堿度700mg/L，鋁鹽的投加量為150mg/L時(shí)，其藻類(lèi)去除率僅為30%；而當(dāng)PH5.8，堿度150mg/L，鋁鹽投加量為80mg/L時(shí)，藻類(lèi)的去除率可高達(dá)90%。1～5mg/L的預(yù)氯化有助于藻類(lèi)的去除。當(dāng)預(yù)加氯不足時(shí)，在現(xiàn)有水廠的工藝條件下，也能有效地去除藻類(lèi)，其主要是形成微絮凝被濾池所過(guò)濾。但這會(huì)增加濾池的負(fù)荷，導(dǎo)致濾池反沖洗頻率提高。
3.3  水中有機(jī)物的影響
　　采用混凝沉淀去除藻類(lèi)，與藻類(lèi)的生長(zhǎng)期有關(guān)，其最有效的去除率是在藻類(lèi)的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期接近于平穩(wěn)期時(shí)。另外混凝劑的投加量與藻類(lèi)的含量成正比。而藻類(lèi)爆發(fā)時(shí)，通常水中的有機(jī)物含量也較高，有機(jī)物也消耗混凝劑。水中溶解性有機(jī)碳DOC對(duì)于混凝劑的投加量有極大的影響，DOC高混凝劑投加量也高?；炷齽┩都恿康挠绊懸蛩貫榭傆袡C(jī)碳TOC＞溫度＞濁度。
　　本試驗(yàn)中，得到了鄭州市自來(lái)水總公司的大力支持，以及白廟水廠何英，楊曉靜女士對(duì)本試驗(yàn)所作的大量工作，在此我們表示衷心的感謝。

參考文獻(xiàn)?
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作者簡(jiǎn)介：
　　尹衛(wèi)紅(1959-)，男，河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院付總工程師，研究方向：城市供水與污水處理，聯(lián)系電話：0371-6224794。